等离子体3

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1、等离子体物理的前沿领域等离子体是由大量带电粒子组成的宏观体系，是物质存在的第四种状态（固、液、气、等离子体）。在宇宙中99%以上的物质以等离子体形式存在。由于带电粒子的运动与电磁场直接耦合，并通过电磁场与其他粒子相互作用，等离子体的运动特征及规律远较其他物质存在形态为复杂。在很多情况下，等离子体的产生与维持也十分困难。因此等离子体物理是物理学科中的一个新的分支学科，它和新技术的发展是密切相关的。虽然在20年代就已形成了等离子体物理的某些基本概念，但只是在50年代由受控热核聚变研究及人造地球卫星上天的推动

2、，等离子体物理才形成了现代的面貌，有了可靠的实验基础。到70年代，人们对等离子体丰富的集体运动和极强的非线性行为有比较深刻的认识。由于等离子体存在的参数范围异常宽广，其运动形态受外界条件强烈影响，等离子体物理研究不能脱开具体的研究对象。今天，等离子体物理研究已成为人类认识宇宙的重要基础，成为认识和控制地球环境变化的重要保证，是人类在未来最终解决能源的希望，它还开辟了很多新技术与新应用的发展前景。等离子体物理愈来愈受到重视。热核聚变等离子体物理它以实现可控热核聚变为目的的高温等离子体仍为世界范围内的研究热

3、点。2004年，国际合作的实验聚变堆ITER将建成并实现连续氘氚运转；预计演示型的聚变堆和商用聚变堆将分别于2025和2040年建成。然而，等离子体物理的研究并不因受控聚变科学可行性的验证以及聚变堆的将建成而有所减弱。必须优先加以研究的物理课题有：堆条件下的等离子体物理问题，特别是聚变产物高能α粒子的作用问题；装置连续运转（非感应电流驱动）和半连续运转（交流运行）问题；涉及L-H模转换的反常输运问题；决定第一壁选择的等离子体和壁的相互作用问题。此外，随着托卡马克型变堆的建成，及其不足点逐步被认识，有可能

4、对其结构作较大的改变，如完全取消欧姆加热变压器。对托卡马克以外的途径，特别是仿星器和紧凑环，也将受到更大的重视。作为另一受控聚变途径的惯性聚变，主要是激光聚变，由于可作为强X射线源和中子源，以至在X射线激光方面的应用，也将得到很快的发展。惯性聚变的实验堆也会在下一世纪建成。空间等离子体物理鉴于空间科学和技术在未来数十年的飞速发展，重大工程项目，如在月球上的移民、采矿，空间研究基地、空间太阳能电站建设，以及大规模气象工程的实施，空间等离子体子体物理的研究范围也将进一步拓展，对一些重要的过程的理解将进一步深

5、化，这些理解对于日地关系、宇宙飞行器环境、气象预报等问题的解决是非常重要的。行星磁层物理也将有较大进展。我国应注意在开展空间技术的同时，建立相应的空间等离子体观测手段，并积极开展主动实验。天体等离子体物理如果说传统的光学天文属于原子分子物理学过程的话，那么近年来发展的射电天文属于等离子体物理，目前正在发展的X射线、Υ射天文则属于高能等等离子体物理，如宇宙线过程。一些天体等离子体的研究，特别是对涉及脉冲星、类星体、黑洞的研究，对探索宇宙的起源，理解基本物理规律是非常有益的。应开展必要的工程项目研究，建立新

6、的观测手段。此外，预计对恒星内部物质存在形态（也应为一种等离子体）会有所进展。技术等离子体在未来数十年内，作为技术手段的等离子体（主要是低温等离子体）将形成大规模的产业，如同激光一样。主要将用于材料工业（材料改性、表面涂层、新材料合成），电子工业（刻蚀），环境科学（废物处理），冶金和化学工业。这方面的研究和发展亟待加强和深入。高技术等离子体将等离子体物理研究成果用于高技术是非常有前途的，如新的粒子加速原理、高功率微波源、动能武器、X射线激光。应注意一些新的趋势如强场物理。在不同领域的等离子体物理研究中，

7、都应注意一些共同的问题。例如：①等离子体是一个自由度非常多的复杂系统，一些典型的非线性现象往往起着重要的作用，如孤立子、涡旋、混沌、湍流、高能分量的作用等。②等离子体和其他形式物质的相互关系，如在合成纳米材料的作用，如离子阱和尘埃等离子体中的相变过程。③新的等离子体诊断方法的使用往往在实验中得到新的发现，因此应注意发展诊断方法和设备。④随着计算机的发展，等离子体过程的模拟计算将起越来越大的作用。应致力于相应软件的发展并注意实验、观测数据的处理和计算。王启国选编